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混合配筋混凝土梁将耐腐蚀的FRP筋置于截面的边角区域或截面受拉边的下排,将易锈蚀的钢筋放置于截面的内部或受拉区的上排,这一配筋方式可以有效提高构件的耐久性能,同时使构件保持足够的延性,并获得较好的正常使用性能。本文研究混合配筋混凝土梁的抗弯及抗剪性能。从抗弯承载力、挠度和裂缝宽度等方面分析了混合配筋混凝土梁抗弯性能,并在考虑受拉刚化效应的基础上,建立了混合配筋混凝土梁受弯的荷载-挠度曲线分析模型。采用试验方法,研究了有效纵筋率(ρeff)、纵筋刚度比(Rr)、剪跨比(a/d)和截面有效高度(d)对混合配筋混凝土梁抗剪性能影响。最后,在试验研究的基础上,结合前人研究成果,给出了无腹筋配筋混凝土梁抗剪承载力计算统一公式。具体内容包括:
1.基于有效配筋率概念建立了混合配筋混凝土梁抗弯承载力计算模型,并将模型计算结果与混合配筋混凝土梁试验结果对比表明,该模型能较准确地预测混合配筋混凝土梁的抗弯承载力。
2.将现有的关于钢筋混凝土梁和FRP筋梁的挠度分析方法用于混合配筋混凝土梁挠度分析。研究表明,Eurocode2-04基于截面曲率的数值积分方法、ACI318-05基于有效截面惯性矩公式以及Bischoff(2005)公式可以用于混合配筋混凝土梁正常使用荷载水平的挠度分析,但有效配筋率较低(ρeff<0.5%)时,各挠度分析方法的计算结果与试验值误差较大。
3.在考虑受拉刚化效应基础上建立了混合配筋混凝土梁荷载-挠度曲线的理论分析模型,该模型有效提高了预测精度,而且此模型也可用于钢筋混凝土梁和FRP筋混凝土梁荷载-挠度曲线的预测。
4.试验表明,无腹筋混合配筋混凝土梁的抗剪承载力随有效配筋率的增加而增加,纵筋刚度比对抗剪承载力没有明显影响。有效纵筋率相同的钢筋混凝土梁、混合配筋混凝土梁和GFRP筋混凝土梁有着相近的抗剪承载力。
5.无腹筋混合配筋混凝土梁的抗剪承载力随剪跨比的增加而减小,但剪跨比大于3后抗剪承载力的下降不明显。对钢筋混凝土梁、混合配筋混凝土梁和FRP筋混凝土梁来说,剪跨比对它们抗剪承载力的影响趋势基本一致。
6.无腹筋混合配筋混凝土梁的抗剪强度随截面有效高度的增加而降低,而且这一规律对钢筋混凝土梁、混合配筋混凝土梁和FRP筋混凝土梁都适用。
7.基于有效配筋率概念可以将现有的关于钢筋混凝土梁或FRP筋混凝土梁的抗剪承载力计算公式用于无腹筋混合配筋混凝土梁抗剪承载力计算,但由于不同公式考虑因素不同,部分经验设计公式(ACI318-05,JSCE1997,Eurocode2-04,ACI440.1R-06)不能全面反映各抗剪影响因素对抗剪承载力的影响,CSAA23.3-04抗剪承载力计算公式能较全面反映各抗剪影响因素对抗剪承载力的影响,但计算过程稍复杂,不方便工程应用。
8.基于有效配筋率概念,给出了无腹筋配筋混凝土构件抗剪承载力计算统一公式,该公式考虑了剪跨比、有效配筋率、截面有效高度和混凝土强度对抗剪承载力的影响,既可以用于混合配筋混凝土梁,也可用于钢筋混凝土梁和FRP筋混凝土梁。结合本文及前人试验,将推荐公式与各主要规范公式的计算结果对比表明,推荐公式与各规范公式相比有较好的精度和稳定性。